untitled

Trochę teorii

Eksper

ymentuj!

eby zrozumieć mechanizm odbie-
rania przez nas barw, warto uświa-

domić sobie, że decydują o tym dwa
czynniki. Pierwszym jest po prostu
fizyczna natura światła. We Wszech-
świecie istnieją fale elektromagnetyczne
o różnej długości. Pewien zakres tych fal
– od 380 do 780 nm – jest odbierany
przez nas ludzi jako światło widzialne.
Są to te fale, które rejestruje nasz zmysł
wzroku. Światło widzialne składa się
z rozróżnianych przez nasze oczy pasm
o różnych kolorach, przy czym to, że
nazywamy jedno kolorem niebieskim,
inne zielonym, a jeszcze inne czerwo-
nym, jest kwestią umowną.

Człowiek widzi świat dzięki światło-

czułym receptorom w siatkówce oka.
Większość z nich (ok. 100 mln) stanowią
tzw. pręciki, receptory odpowiedzialne
przede wszystkim za widzenie kształtu
i ruchu. Są one superczułe – reagują na-
wet na bardzo słabe światło. Nie można
jednak mieć wszystkiego – są prawie nie-
wrażliwe na barwy – dlatego umownie
przyjmuje się, że pręciki odpowiadają
za widzenie nocne. Pręciki odbierają
światło w pewnym zakresie długości
fali, przy czym najbardziej wyczulone
są na falę o długości 498 nm.

Za widzenie barw odpowiada nato-

miast grupa receptorów zwana czop-
kami. Jest ich znacznie mniej niż prę-
cików (ok. 5 mln), i są zlokalizowane
w centralnej części siatkówki, zwłaszcza
w pozbawionej pręcików tzw. plamce
żółtej. U zdrowych ludzi zidentyfiko-
wano 3 typy czopków wrażliwych na
fale o różnej długości. Czopki typu B

pobudzenia). Jak można się domyślić,
ludzkie oko odróżnia najwięcej odcieni
zieleni, a wraz z zapadającym zmrokiem
najszybciej przestajemy widzieć kolor
czerwony. Czopki typu R, które reagują
na światło czerwone, są mało wrażliwe
na tę długość fali, trzeba zatem dużo
fotonów, aby je pobudzić.

Za pomocą wzroku możemy jedy-

nie subiektywnie ocenić kolor jakiegoś
przedmiotu. Obiektywnie nawet dwa
identyczne dla naszego wzroku przed-
mioty mogą się różnić. Dlaczego? Świa-
tło, padając na przedmiot, może się od
niego odbić lub zostać pochłonięte. To,
co się odbija, widzą nasze oczy. Jeśli
światło białe w całości odbije się od
przedmiotu – zobaczymy kolor biały.
Jeśli całe światło zostanie pochłonięte –
zobaczymy czarny. Jeśli zaś pochłonięciu
ulegnie tylko część widma – zobaczymy
kolor odpowiadający długości fali od-
bitej od przedmiotu. Dlaczego zatem
trawa jest zielona? Bo od liści odbija się
fala świetlna o długości 500-580 nm,
określana przez ludzi jako zieleń.

Zdarza się nam pomylić kolor, np.

przymierzając ubranie w sklepie. Za-
miast czarnych spodni możemy kupić
np. granatowe. Tu dochodzimy do sed-
na: co stanie się, jeśli dany przedmiot
oświetlimy światłem innym niż białe?
Otóż, jeśli w świetle białym bluzka jest
czerwona, oznacza to, że odbija się
od niej czerwone światło. Jeśli jednak
poświecimy na bluzkę monochroma-
tycznym światłem niebieskim (które nie
ma składnika odpowiadającego barwie
czerwonej), całe światło zostanie po-
chłonięte, a nam będzie się wydawać,
że bluzka jest... czarna.

(blue) są najbardziej czułe na światło
o długości 420 nm (światło niebieskie)
i stanowią ok. 4% czopków. Maksima
czułości dla pozostałych typów wynoszą:
G (green) – 534 nm (światło niebiesko-
zielone), ok. 32%, oraz R (red) – 564 nm
(światło żółtozielone), ok. 64%. Pojedyn-
czy czopek reaguje na działanie słabego
sygnału o długości fali odpowiadającej
maksimum jego aktywności lub silnego
sygnału wykraczającego poza ten zakres.
Zakresy wrażliwości czopków częściowo
zachodzą na siebie (rysunek poniżej),
zatem o widzianej przez nas barwie de-
cyduje poziom pobudzenia poszczegól-
nych typów czopków. Na przykład: jeśli
pobudzone są tylko czopki R – widzimy
kolor czerwony. Jeśli zarówno R i G, ale R
bardziej niż G – kolor żółty. Pobudzenie
czopków R i G na podobnym poziomie
oznacza zielony, a czopków B – niebie-
ski lub fioletowy (zależnie od poziomu

Siatkówka naszego oka reaguje jedynie na niewielki zakres promieniowania elektro-
magnetycznego. Ta część widma jest potocznie nazywana światłem widzialnym

W typowym
ludzkim oku
znajdują się trzy
rodzaje czopków,
których każdy
reaguje na światło
o nieco innej
barwie. Pierwsza
grupa najlepiej
absorbuje światło
niebieskie, druga
niebieskozielone,
trzecia żółtozielone

Fot. W

ikipedia, Clear Vision Laser Clinic; rys. Małgorzata Świentczak 2x

0,01 nm

1 nm

100 nm

380 nm

780nm

1 mm

1 cm 1 m

1 km

300 350 400 450 500 550 600 650 700

100

fiolet

niebieski

zielony

żółty

czerwony

absorpcja światła (%)

długość fali (nm)

niebieski

(420 nm)

niebieskozielony

(534 nm)

żółtozielony

(564 nm)

promieniowanie

gamma

ultrafiolet

promieniowa-

nie widzialne

promieniowanie

podczerwone

fale radiowe

promieniowanie

rentgenowskie

O historii

Współczesne zastosowania

(5,9 x 10

m), ale już od Gwiazdy

Polarnej dzieli nas 430 lat świetlnych
(4,1 x 10

m).

Przechodząc wieczorem obok szpi-

tala, można zauważyć w oknach nie-
bieskawą poświatę. Do dezynfekcji
pomieszczeń wykorzystuje się bo-
wiem lampy emitujące promienio-
wanie ultrafioletowe – bardzo sku-
tecznie zabija ono mikroorganizmy.
Dzieje się tak, ponieważ ten zakres
promieniowania niszczy materiał
genetyczny i białka w komórkach.
Dlatego aby zmniejszyć ryzyko zacho-
rowania na raka skóry, warto używać
kremu z filtrem UV.

Wiele nocnych zwierząt widzi pod-

czerwień. Mogą dzięki temu wypatrzyć
ofiarę lub drapieżnika – ciepło, które
wydziela organizm, jest przynajmniej
w części falą w zakresie podczerwie-
ni. Wykorzystuje się to w noktowizo-
rach i kamerach termowizyjnych, które

pewnością każdy z nas pamięta bi-
twy na miecze świetlne z „Gwiezd-

nych wojen”. Człowiek wykorzystuje
laser, czyli światło o określonej dłu-
gości fali, nie tylko w filmach. Służy
ono np. do badań medycznych, a jeśli
wiązka ma odpowiednią moc, można
posługiwać się nią nawet jak skalpe-
lem np. w chirurgii. Lasery stosuje się
też do tworzenia hologramów oraz
odczytywania płyt CD czy DVD w od-
twarzaczach.

Światło od lat wykorzystują astro-

nomowie do określania odległości.
Rok świetlny to odległość, jaką świa-
tło przebywa w ciągu jednego roku.
Jeśli posłużymy się takim parametrem
– wszędzie będzie dość blisko! Ziemia
oddalona jest np. od Księżyca jedynie
o 1,3 s świetlnej (3,44 x 10

m), a od

Słońca – tylko 8 min i 19 s świetlnych
(1,5 x 10

m) Nieco dalej mamy do

Plutona, bo 5,5 godziny świetlnej

hoć ludzie od zawsze obserwo-
wali rozszczepianie światła w na-

turze (tęcza!) dopiero Isaac Newton
w 1665 roku stwierdził, że światło jest
mieszanką różnych kolorów. Nie on
pierwszy użył do doświadczeń ze świa-
tłem pryzmatu (obserwując barwne
efekty), jednak jako jedyny wyciągnął
prawidłowe wnioski. Dotąd uważano,
że kolory widać dlatego, że pryzmat
barwi światło. Newton wykonał jed-
nak dwa proste eksperymenty, które
pomogły mu obalić tę tezę. Najpierw
z rozszczepionej wiązki wybrał światło
określonej barwy i przepuścił przez
drugi pryzmat. Zaobserwował, że nie
pojawiły się nowe kolory, światło za-
chowało swą barwę. W kolejnym do-
świadczeniu użył dwóch pryzmatów,
z których pierwszy rozszczepiał światło,
a drugi działał odwrotnie – okazało
się, że „tęcza” składa się z powrotem
w światło białe.

Angielski chemik, fizyk i meteoro-

log John Dalton był nie tylko twórcą
atomistycznej teorii materii i odkrywcą
prawa ciśnień cząstkowych. W 1794
roku opisał zaburzenia widzenia barw,
które stwierdził także u siebie. Do dziś

te zaburzenia nazywa się od jego na-
zwiska daltonizmem.

Promieniowanie podczerwone (nie-

widzialne dla oka) odkrył w 1800 ro-
ku Friedrich Wilhelm Herschel, który
wpadł na pomysł, żeby zmierzyć tem-
peraturę światła o poszczególnych
kolorach. W swoich pomiarach trochę
się zagalopował – i ze zdziwieniem
stwierdził, że tam, gdzie nic nie wi-
dać, jest cieplej niż w widmie światła
czerwonego. Wnioski z tego doświad-
czenia pozwoliły rok później Johan-
nowi Wilhelmowi Ritterowi odkryć
promieniowanie ultrafioletowe.

W 1864 roku szkocki fizyk James

Clerk Maxwell stwierdził, że światło
jest falą elektromagnetyczną stano-
wiącą część widma o tych samych
właściwościach.

Lasera w medycynie użyto po raz pierwszy
w 1962 roku. Pierwsze lasery stosowano
w dermatologii i chirurgii oka. Dziś to
urządzenie jest powszechnie wykorzystywa-
ne w wielu dziedzinach medycyny

Isaac Newton przeprowadził słynne

doświadczenie, przepuszczając światło

przez dwa pryzmaty. Udowodnił, że

można rozbić wiązkę białego światła na

widmo różnych barw, a potem ponownie

uzyskać światło białe. W ten sposób

obalił pogląd, że to pryzmat barwi

przechodzące przez niego światło

pomagają człowiekowi zobaczyć to, co
dla oka niewidzialne. Podczerwień zna-
lazła też zastosowanie np. w pilotach
do telewizorów.

W internecie

www.kopernik.org.pl

A to ciekawe

Więcej doświadczeń

CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

Eksper

ymentuj!

aburzenie rozpoznawania barw
(daltonizm) występuje częściej u lu-

dzi rasy białej – na tę przypadłość cier-
pi ponad 8% białych Europejczyków
i Amerykanów. Większość stanowią
mężczyźni, kobiety to jedynie 0,4%.
Dzieje się tak dlatego, że najczęściej
daltonizm jest wadą uwarunkowaną
genetycznie, przy czym decydujące
o niej geny znajdują się na chromo-
somie X. Mężczyźni posiadają tylko
jeden chromosom X, zaś kobiety parę.
Kobieta zatem znacznie częściej jest
nosicielem wady (kiedy jeden z genów
z pary jest uszkodzony), zaś wadliwy
gen u mężczyzny zawsze prowadzi
do ujawnienia się wady. Pełna ślepota
barw (widzenie czarno-białe) wystę-
puje niezwykle rzadko.

Ludzi określa się mianem organi-

zmów „trichromatycznych”, ponie-
waż w siatkówce ich oka znajdują się
trzy rodzaje czopków. Co ciekawe,
naukowcy twierdzą, że kilka procent
kobiet może widzieć więcej barw –
w siatkówce ich oczu znaleziono bo-
wiem czwarty rodzaj czopków.

W siatkówce oka znajdują się tak-

że specjalne receptory, które biorą
udział w regulowaniu rytmu dobo-
wego u człowieka, przy czym często
uszkodzenie wzroku nie ma wpływu

Domowy sposób na tęczę. Do pu-

dełka na filmy DVD włóż płytę CD-
ROM niezadrukowaną stroną do góry.
Bliżej grzbietu pudełka pośrodku wy-
tnij niewielki otwór. Następnie wytnij
z kartonu pasek wg wzoru ze szczeli-
ną. Dla wygody możesz całą konstruk-
cję po złożeniu spiąć gumką recep-
turką. Jeśli teraz szczelinę skierujesz
na źródło światła i zajrzysz w otwór
wycięty w pudełku, zobaczysz widmo
światła białego. Zwróć uwagę na ko-
lejność kolorów w widmie.

Czy receptory wzroku mogą się mę-

czyć? Narysuj amerykańską flagę, uży-
wając kredki zielonej zamiast czerwo-
nej, czarnej zamiast białej i pomarań-
czowej zamiast niebieskiej. Następnie

Budowa anatomiczna oka
www.macula.org/anatomy/

Wszystko o chorobach wzroku
www.medicinenet.com/eyesight/
focus.htm

Złudzenia optyczne
http://library.thinkquest.org/12409/
zludzenia.html

Sprawdź, jak widzisz barwy
http://colorvisiontesting.com/
ishihara.htm

przez minutę patrz na środek obrazka.
Następnie przenieś wzrok na przygoto-
waną wcześniej białą kartkę lub ścianę.
Co widzisz? Do sporządzenia rysunku
użyłeś barw dopełniających – to wła-
śnie one są wchłonięte przez barwniki
na fladze amerykańskiej. Wpatrując
się w nie, zmęczyłeś swoje czopki na
tyle, że twój mózg wytwarza barwny
obraz – iluzję.

na ich działanie. Dlatego część osób
niewidomych prawidłowo reaguje na
przemiany nocy w dzień.

Zwierzęta widzą świat inaczej niż

ludzie. Pszczoły i motyle reagują na
widmo w zakresie od ultrafioletu,
przez błękit i żółty. Pająki dostrzegają
ultrafiolet i zielenie. Psy rozróżniają

(choć słabo) tylko dwa kolory – żółty
i niebieski. Większość małp dostrzega
barwy podobnie jak człowiek. A byk?
Zwolenników i przeciwników korridy
zapewniamy: byk jest ślepy na kolory,
a czerwona płachta jest dla niego...
szara! To ruchy torreadora wywołują
nerwowe reakcje zwierzęcia.

Do badania widzenia barwnego służy tzw. test Ishihary. Co widzisz? Jeśli numer 5
– prawidłowo rozpoznajesz kolory. Osoby, które mają kłopoty z rozróżnianiem koloru
zielonego i czerwonego (najczęstszy rodzaj daltonizmu), widzą na obrazku zarys cyfry 2

Fot. East News/Science Photo Library

, web.physik.rwth-aachen.de; rys. Małgorzata Świentczak